DE102019123601A1

DE102019123601A1 - Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis

Info

Publication number: DE102019123601A1
Application number: DE102019123601.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Gutzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-03-04

Abstract

Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, mit einem Kurbeltrieb mit einer Kurbelwelle mit einem Hubzapfen, um den radial außen ein großes Pleuelauge eines Pleuels angeordnet ist, wobei zwischen dem Hubzapfen und dem Pleuelauge ein Umlaufexzenter angeordnet ist, der mittels einer radial außen angeordneten Verzahnung um den Hubzapfen herum verdrehbar ist, wobei Umlaufexzenter an einer inneren Gleitoberfläche zum Hubzapfen eine Direktbeschichtung für eine Gleitlagerfunktion aufweist.Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Umlaufexzenters kann der radiale Bauraum von separaten Lagerschalen (Dicke ca. 1,8 mm) eingespart werden und die Schwächung des Hubzapfens der Kurbelwelle wird vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 212 064 A1 bekannt. Es wird eine Vorrichtung zum Verändern eines Kompressionsverhältnisses (ε) einer Hubkolben-Brennkraftmaschine vorgeschlagen, mit einem Kurbeltrieb mit einer Kurbelwelle mit zumindest einem beiderseits drehbeweglich gelagerten Hubzapfen, der mit einem Pleuel und einem in einem Zylinder der Hubkolben-Brennkraftmaschine schiebebeweglich angeordneten Kolben in Wirkverbindung steht. Die Anordnung dient zur Wandlung einer rotatorischen Bewegung der Kurbelwelle in eine bidirektionale, translatorische Bewegung des Kolbens mit einer definierten Hubhöhe. Hierbei ist zwischen dem Hubzapfen und dem großen Pleuelauge des Pleuels ein drehbeweglicher, außerverzahnter Exzenter (Umlaufexzenter) angeordnet, zur Veränderung der Hubhöhe des Kolbens. Zum Verdrehen des Exzenters ist ein außerverzahntes erstes Zahnrad vorgesehen, das axial mit einem zweiten Zahnrad über eine zur Kurbelwelle parallel angeordneten Welle drehfest verbunden ist, welches auf einem, von einem Stellelement verdrehbaren dritten Zahnrad kämmend angeordnet ist. Die Welle ist parallel und radial beabstandet zu der Drehachse der Kurbelwelle angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Vorrichtung platzsparend, ohne große Veränderungen in ein herkömmliches Kurbelgehäuse integriert werden.
Ferner ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2017 200 918 A1 ein weiterer Kurbeltrieb für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt. Diese Offenlegungsschrift offenbart einen Kurbeltrieb für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einer Kurbelwelle mit einem, zwischen zwei Grundlagerabschnitten angeordneten Hubzapfen, in dem das Pleuelauge eines Pleuels drehbeweglich gelagert ist. Zwischen dem Pleuelauge und dem Hubzapfen sind eine exzentrische Lagerschale und darin ein Umlaufexzenter angeordnet, wobei die Lagerschale derart ausgewuchtet ist, dass ein Schwerpunkt von dem Pleuel, dem Umlaufexzenter und der Lagerschale auf einer Achse des Hubzapfens liegen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden die Kräfte auf die im Eingriff befindlichen Zähne der Verzahnungen drastisch reduziert und somit die Lebensdauer der Verzahnungen deutlich erhöht.
Der Bauraum für Hubzapfen, drehende Lagerschalen (Umlaufexzenter) und Pleuel ist durch die Zylinderbohrung der Hubkolben-Brennkraftmaschine begrenzt. Speziell bei langhubigen Hubkolben-Brennkraftmaschinen ergibt sich eine Schwächung der Kurbelwelle durch den Bauraum der Lagerschalen:

a) zwischen Hubzapfen und der Exzenterinnenfläche, sowie
b) zwischen Pleuel und der Exzenteraußenfläche.

Um solche Nachteile zu minimieren, wird in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 055 366 A1 ein Pleuel für einen Verbrennungsmotor ohne ein variables Verdichtungsverhältnis sowie ein Verfahren zur Beschichtung seiner Gleitlagerflächen vorgeschlagen. Bei einem Pleuel für einen Verbrennungsmotor, mit einem mit einer Gleitlagerfläche versehenen kleinen Pleuelauge zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und einem mit einer Gleitfläche versehenen großen Pleuelauge, welches einen Kurbelzapfen umschließt, soll ein Festfressen und Verschleißen von Kolbenbolzen und Kurbelzapfen hochwirksam und kostengünstig dadurch vermieden werden, indem mittels Rotationszerstäubung eine selbstschmierende Beschichtung aus einem thermisch ausgehärteten Harz mit darin eingelagerten Festschmierstoffpartikeln direkt auf mindestens eine der Gleitlagerflächen aufgebracht wird.
Pleuel mit einer Direktbeschichtung eines Pleuelauges sind im Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 197 31 625 A1 sowie der EP 0 863 322 B1 , bekannt, jedoch nicht für Pleuel von Kurbeltrieben mit einem variablen Verdichtungsverhältnis. In diesen Schriften wird offenbart, dass für ein Pleuellager die Montage dadurch vereinfacht werden soll, indem die Pleuellagerschalen entfallen. Dazu wird eine Lagerschicht aus Metall, insbesondere aus Aluminiumbronze, durch Plasmaspritzen direkt auf das große Pleuelauge aufgebracht, die für eine ausreichende Schmierung der Lagerstellen sorgen soll. Zur Einhaltung der Maßgenauigkeit für die Montage des Pleuels sowie der Oberflächengüte der Beschichtung ist jedoch nach wie vor in nachteiliger Weise eine mechanische Nachbearbeitung, beispielsweise durch Honen oder Feinspindeln der Metallschicht notwendig. Diese Nachbearbeitung lässt eine deutliche Reduzierung des Herstellungsaufwandes für derartige Pleuel nicht zu. In der Praxis hat sich außerdem gezeigt, dass die Metallschichten für keine ausreichende Fress- und Schmiersicherheit infolge des Verschleißes in den Lagern sorgen können, so dass die Lebensdauer der Pleuellager in derartiger vorgeschlagener Ausführung begrenzt ist.
Wie bereits oben erwähnt ergibt sich für einen Umlaufexzenter das Bauraumproblem in doppelter Art und Weise, nämlich

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, wie eine Schwächung des Hubzapfens der Kurbelwelle für einen Kurbeltrieb für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (ε) verhindert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird eine Direktbeschichtung (Dicke ca. 0,2 mm) für die Gleitlagerfunktion von einer bzw. beiden Laufflächen des Umlaufexzenters vorgeschlagen. Somit kann der radiale Bauraum der separaten Lagerschalen (Dicke ca. 1,8 mm) eingespart werden und eine Schwächung des Hubzapfens der Kurbelwelle wird vermieden.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird gemäß Patentanspruch 2 der Umlaufexzenter auch an seiner äußeren Gleitoberfläche zum Pleuelauge hin mit einer Direktbeschichtung dargestellt.
Für eine aktive Verstellung des Umlaufexzenters ist gemäß Patentanspruch 3 in axialer Richtung beidseitig der äußeren Gleitoberfläche eine Verzahnung für den Umlaufexzenter vorgesehen.
Insbesondere in akustischer Weise hebt sich die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4 durch eine Schrägverzahnung positiv hervor.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand einer einzigen Figur näher erläutert.

1 zeigt eine Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten Umlaufexzenter.

1 zeigt eine Aufsicht auf einen dreidimensional dargestellten, erfindungsgemäßen Umlaufexzenter 1. Der Umlaufexzenter umschließt mit einer inneren Gleitoberfläche 3 einen Hubzapfen einer nicht dargestellten Kurbelwelle für einen Kurbeltrieb einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (ε). Für die Lagerung des Umlaufexzenters 1 in einem großen Pleuelauge eines nicht dargestellten Pleuels ist eine äußere Gleitoberfläche 4 vorgesehen.
Erfindungsgemäß weist der Umlaufexzenter 1 an der inneren Gleitoberfläche 3 zum Hubzapfen hin eine Direktbeschichtung mit einer Gleitlagerfunktion auf. Da Direktbeschichtungen dem Fachmann aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind, wird auf eine spezielle Ausgestaltung der Direktbeschichtung nicht explizit eingegangen. Prinzipiell eignet sich jede aus dem Stand der Technik bekannte Direktbeschichtung für eine Gleitlagerfunktion.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Umlaufexzenter 1 auch an der äußeren Gleitoberfläche 4 zum großen Pleuelauge hin eine Direktbeschichtung für eine Gleitlagerfunktion auf.
Für einen Antrieb des Umlaufexzenters 1 zur Veränderung des variablen Kompressionsverhältnisses (ε), weist dieser in axialer Richtung beidseitig der äußeren Gleitoberfläche 4 jeweils eine Verzahnung 2 auf. In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann diese Verzahnung 2 auch nur einseitig vorgesehen werden. Insbesondere aus akustischer Sicht ist die Verzahnung 2 bevorzugt, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schrägverzahnung. Selbstverständlich kann auch eine aus akustischer Sicht etwas problematischere Geradverzahnung zum Einsatz kommen.
Des Weiteren weist das Material zwischen der äußeren Gleitoberfläche 4 und der inneren Gleitoberfläche 3 sechs Bohrungen auf, bei denen es sich um Schmierbohrungen 5 handelt. Nur eine Schmierbohrung ist beziffert. Diese Schmierbohrungen 5 dienen beim Betrieb der Hubkolben-Brennkraftmaschine für eine ausreichende Schmierung der inneren Gleitoberfläche 3 und der äußeren Gleitoberfläche 4.
Erfindungsgemäß wird nun mit dem vorgeschlagenen Umlaufexzenter 1 eine Schwächung des Hubzapfens der Kurbelwelle einer Vorrichtung zum Verändern eines Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 212 064 A1 verhindert.
Bezugszeichenliste

1.: Umlaufexzenter
2.: Verzahnung
3.: Innere Gleitoberfläche
4.: Äußere Gleitoberfläche
5.: Schmierbohrung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016212064 A1 [0002, 0021]
DE 102017200918 A1 [0003]
DE 102005055366 A1 [0005]
DE 19731625 A1 [0006]
EP 0863322 B1 [0006]

Claims

Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, mit einem Kurbeltrieb mit einer Kurbelwelle mit einem Hubzapfen, um den radial außen ein großes Pleuelauge eines Pleuels angeordnet ist, wobei zwischen dem Hubzapfen und dem Pleuelauge ein Umlaufexzenter (1) angeordnet ist, der mittels einer radial außen angeordneten Verzahnung (2) um den Hubzapfen herum verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlaufexzenter (1) an einer inneren Gleitoberfläche (3) zum Hubzapfen eine Direktbeschichtung für eine Gleitlagerfunktion aufweist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlaufexzenter (1) an einer äußeren Gleitoberfläche (4) zum Pleuelauge eine Direktbeschichtung für eine Gleitlagerfunktion aufweist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlaufexzenter (1) in axialer Richtung einseitig oder beidseitig der äußeren Gleitoberfläche die Verzahnung (2) aufweist.
Hubkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (2) eine Schrägverzahnung ist.